iOS 内存管理之 autoreleasePool

一、autoreleasePool是个啥

一句话总结自动释放池本质就是把一筐对象延迟release；
MRC环境下，通过 [obj autorelease] 来延迟内存的释放；
ARC环境下，是不能手动调用，系统会自动给对象添加autorelease；

二、autoreleasePool原理

先简单总结下（ps：以下解释略显抽象）：

首先有个筐用来记录要延迟释放的对象，这个筐的结构是由若干个以AutoreleasePoolPage对象为结点的双向链表组成；
其次得有个方法往这个筐里装对象，也还得有对应从这个筐里批量释放的对象的方法；那这两个方法可以解析源码发现push和pop方法；

这样，就可以实现延迟释放对象的能力；

三、源码赏析

ps：md写的时候，想从苹果开发开源项目平台找源码看，can't be found了；

以main文件为例：

objectivec 复制代码

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSObject * rpObj = [[NSObject alloc] init];
    }
}

先转换成main.cpp文件查看底层调用方法：

objectivec 复制代码

在终端运行以下命令：
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp

查看main.cpp文件：

objectivec 复制代码

int main(int argc, char * argv[]) {
    /* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool; ///调用了objc_autoreleasePoolPush
        NSObject * rpObj = ((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)((NSObject *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSObject"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("init"));
    }
}

有这么一个叫做__AtAutoreleasePool的结构体，这里可以看到装筐和出筐的push和pop方法；

objectivec 复制代码

struct __AtAutoreleasePool {
//构造函数
  __AtAutoreleasePool() {atautoreleasepoolobj = objc_autoreleasePoolPush();}
//析构函数
  ~__AtAutoreleasePool() {objc_autoreleasePoolPop(atautoreleasepoolobj);}
  void * atautoreleasepoolobj;
};

简单看下push和pop方法

先看push方法，核心逻辑有三块：

获取当前线程的 "热页"（hotPage）：自动释放池由多个 AutoreleasePoolPage 组成栈结构（每个页大小为 4096 字节），"热页" 是当前正在使用的页（栈顶页）。
推入 "池边界"（POOL_BOUNDARY）：每个自动释放池对应一个特殊标记 POOL_BOUNDARY（本质是 nil），push() 方法会将该标记添加到热页中，作为当前池的 "起点"。后续添加的自动释放对象会依次存入页中，直到调用 objc_autoreleasePoolPop 时，释放从 "起点" 到当前位置的所有对象。
无页时创建新页栈：若线程首次使用自动释放池（无页），autoreleaseNoPage() 会创建第一个 AutoreleasePoolPage，并初始化线程的页栈。

objectivec 复制代码

// 全局的自动释放池页栈（每个线程独立）
static pthread_key_t const key = AUTORELEASE_POOL_KEY;

void *objc_autoreleasePoolPush(void) {
    // 获取当前线程的自动释放池页栈
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    
    if (page) {
        // 若存在当前页，直接在页中添加一个"池边界"（POOL_BOUNDARY）
        return page->push();
    } else {
        // 若不存在页，创建新的页栈，并添加池边界
        return autoreleaseNoPage();
    }
}

再看pop方法，核心逻辑有四块：

获取热页：先拿到当前线程的 AutoreleasePoolPage 栈顶页（hotPage），确保操作的是当前正在使用的页；
验证令牌：传入的 ctxt 必须是 push 时返回的 POOL_BOUNDARY（池边界标记），避免释放错误范围的对象（如传入无效指针会直接报错）；
反向释放对象：调用 releaseUntil(stop) 从栈顶反向遍历，直到遇到 stop（即 POOL_BOUNDARY）：
每次取出栈顶的自动释放对象，调用 objc_release 减少其引用计数（计数为 0 时对象销毁）；
若当前页释放为空，自动切换到前一页（栈底方向），继续释放，直到遍历到目标边界；
清理空页：释放完成后，若当前页为空且不是栈中唯一页，将其从页栈中移除，优化内存占用。

objectivec 复制代码

// pop 函数：传入 push 返回的"池令牌"（POOL_BOUNDARY），释放池内对象
OBJC_EXPORT void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) OBJC_AVAILABLE(10.0, 2.0, 9.0, 1.0, 2.0);

void objc_autoreleasePoolPop(void *ctxt) {
    // 1. 获取当前线程的热页（正在使用的 AutoreleasePoolPage 栈顶页）
    AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
    if (!page) {
        // 无有效页，直接返回（异常场景）
        return;
    }

    // 2. 验证传入的"池令牌"是 POOL_BOUNDARY（push 时存入的边界标记）
    if (ctxt != POOL_BOUNDARY) {
        // 若令牌无效（如传入错误指针），释放到栈底并报错
        page->releaseUntil(POOL_BOUNDARY);
        _objc_fatal("invalid autorelease pool token");
    }

    // 3. 释放从"当前池边界"到"栈顶"的所有自动释放对象
    page->releaseUntil(ctxt);

    // 4. 清理空页：若当前页释放后无对象，且不是唯一页，将其从栈中移除
    if (page->empty() && !page->isSinglePage()) {
        page->kill();
    }
}

// 核心辅助方法：释放从当前位置到目标边界（ctxt）的所有对象
void AutoreleasePoolPage::releaseUntil(void *stop) {
    // 从栈顶开始，反向遍历对象
    while (this->next != stop) {
        // 获取当前栈顶对象
        AutoreleasePoolPage *page = hotPage();
        while (page->empty()) {
            // 若当前页空，切换到前一页（栈底方向）
            page = page->parent;
            setHotPage(page);
        }

        // 取出栈顶对象，指针下移
        id obj = *--page->next;
        memset((void*)page->next, SCRIBBLE, sizeof(*page->next)); // 擦除痕迹，避免野指针

        // 释放对象（调用 objc_release，触发引用计数-1）
        objc_release(obj);
    }

    // 更新热页（确保后续操作指向正确页）
    setHotPage(this);
}

从上面看源码引出了AutoreleasePoolPage的概念，也就是这个承载延迟释放对象的筐；

objectivec 复制代码

class AutoreleasePoolPage {
    // 1. 常量定义
    static const size_t SIZE = 4096; // 每页大小（4KB，固定）
    static const size_t COUNT = SIZE / sizeof(id); // 每页可存储的对象数（约 1024 个，因头部占部分空间）
    static const id POOL_BOUNDARY = nil; // 池边界标记（push/pop 的核心标记）

    // 2. 成员变量（页的元数据 + 存储区）
    magic_t magic; // 校验页完整性的魔术值（调试用）
    id *next; // 指向栈顶的下一个空闲位置（即下一个对象的存储地址）
    pthread_t thread; // 所属线程（线程隔离，每个线程的页栈独立）
    AutoreleasePoolPage *parent; // 前一页（栈底方向）
    AutoreleasePoolPage *child; // 后一页（栈顶方向）
    uint32_t depth; // 页在栈中的深度（用于调试）
    uint32_t hiwat; // 历史最高存储量（用于调试）

    // 3. 存储区（紧跟在成员变量后，占 SIZE - 元数据大小的空间）
    id objects[0]; // 柔性数组，实际存储自动释放对象的区域
};

综上，有筐，有进筐方法，出筐方法；